巧用圖表突破概念教學難點

李少坤

摘要：初三“溶液”單元化學概念較多，學生難以理解概念的核心要素和概念之間隱含的邏輯聯系。巧用圖表促進學生厘清飽和溶液與濃溶液之間的關系，理解飽和溶液與不飽和溶液的轉化方法以及結晶方法，理解溶解度與溶質質量分數之間的關系，以及構建本單元概念之間的邏輯聯系，增強對單元概念的整體認知。

關鍵詞：化學概念；圖表；溶液單元；復習課

文章編號：1005–6629（2017）12–0047–05 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

1 研究背景

化學概念是將化學現象和事實經過分析、比較、抽象、概括等方法加工整理出來的理性知識，是已經剝離了表象的一種高級思維形態，反映著化學現象及事物的本質屬性，是化學學科知識體系的基礎，也是化學教學的核心內容[1]。

由于以下幾點原因，初中學生對理解化學概念存在普遍困難[2]。一是學生的思維發展水平處于由具體形象思維向邏輯抽象思維、從經驗型向理論型過渡的時期；二是學生往往采用死記硬背和練習鞏固的方式學習化學概念，沒有從本質上理解概念的核心要素；三是部分教師沒有注意概念之間隱含的邏輯聯系，沒有將概念知識網絡化。因此，化學概念是初中教學的難點之一，采用何種有效的方法或策略突破化學概念教學，成為教師進行概念教學設計時關注的重點問題。

2 “溶液”單元教學策略的確立

2.1 “溶液”單元的概念構成及教學中存在的問題

人教版實驗教科書九年級《化學》第九單元“溶液”涉及較多的概念，內容豐富，關聯復雜，具體的概念[3]及相互關系（如箭頭所示）見圖1。

在平時的教學中，筆者通過課堂觀察和作業反饋發現部分學生對本單元的學習存在以下問題：一是沒有厘清飽和溶液和濃溶液之間的關系，認為飽和溶液就是濃溶液；二是對某些概念的核心要素理解不透，導致不能準確理解飽和溶液與不飽和溶液的轉化、結晶的方法等；三是不能準確把握溶液單元的概念之間量的變化關系，如將硝酸鉀不飽和溶液轉化成飽和溶液至有固體不溶時，溶解度、溶質質量、溶液質量、溶質質量分數的變化情況等。

筆者在2016年4月“國培計劃”湖北省級團隊骨干授課活動中，講授了以“溶液”為主題的單元復習課，巧用圖表有效突破了本單元概念教學的難點。

2.2 圖表在“溶液”教學中的作用

幫助學生掌握概念的教學策略有概念關系圖、直角坐標圖和表格對比法等[4，5]。概念關系圖是以知識之間的邏輯聯系為核心，以發散思維的方式展開聯想，幫助學生形成具有一定范疇和層級關系的知識網絡結構圖。直角坐標圖是以“質點的運動變化過程”為核心，以數形結合為載體，幫助學生理解某一變化過程中引起量變情況的本質原因。表格對比法是以尋找概念或原理之間的相同點和相異點為基礎，直觀呈現概念的相關要素，通過辨析促進對概念和原理的理解。

在明確學生學習溶液概念時存在的問題，深入分析問題成因和概念教學策略的基礎上，筆者采用直觀的表格信息對比、直角坐標圖中質點的運動變化、形象感性的圖形等效變化等教學策略，促進學生理解概念的核心要素以及概念之間的關系，完善學生的認知結構，優化認知策略，以此形成對本單元概念的整體認知，最終達到有效建構“溶液”單元概念知識的目的。

3 利用圖表的“溶液”單元教學設計及說明

3.1 促進學生厘清飽和溶液和濃溶液之間的關系

通過對本單元的學習，學生知道濃溶液是在一定質量的溶劑中溶解較多質量的溶質得到的溶液，飽和溶液是在一定條件下不能再溶解該溶質的溶液。學生往往在沒有厘清飽和溶液和濃溶液之間的關系的情況下，認為飽和溶液就是濃溶液。為促進學生正確理解這兩個概念之間的關系，筆者設計了如下教學過程。

問題情境：根據信息將表格填寫完整，見表1（斜體字部分的內容為答案）。

引導學生根據信息分析氫氧化鈣、硝酸鉀充分溶解后，所得溶液是否為飽和溶液，是濃溶液還是稀溶液，并進一步分析飽和溶液與濃、稀溶液之間的關系。對比分析表格中的數據，學生得出結論是：飽和溶液、不飽和溶液都可能是濃溶液，也可能是稀溶液，但是在相同溫度下，同種溶質的飽和溶液一定比它的不飽和溶液要濃。

接下來展示如下圖形（見圖2）。其中A表示在一定溫度下濃的飽和溶液；B表示在一定溫度下稀的飽和溶液；C表示在一定溫度下稀的不飽和溶液；D表示在一定溫度下濃的不飽和溶液。

顯然，對表格數據進行對比分析，能有效促進學生厘清飽和溶液和濃溶液之間的關系，借鑒數學中的集合圖形來描述有關化學概念之間的邏輯關系，則能更加直觀形象地呈現出相似化學概念之間的區別與聯系[6]。

3.2 強化對“溶液”單元概念核心要素的理解

3.2.1 促進學生理解飽和溶液與不飽和溶液的轉化方法

為了促進學生理解飽和溶液與不飽和溶液轉化方法的本質原因，形成科學合理的認知結構，筆者設計了如下教學過程。

首先引導學生回顧制作溶解度曲線的原理和方法，以及溶解度曲線包含的顯性和隱性信息，然后創設問題情境，以數形結合的方式，分析坐標系中質點的運動變化規律，以及圖形等效變化突破飽和溶液與不飽和溶液的轉化方法這個教學難點。

問題情境：這是在一定溫度下，處于A點的不飽和硝酸鉀溶液，可以采用哪些方法使其轉化成飽和溶液？轉化過程中A點如何移動？（見圖3）endprint

引導學生分析思考：曲線上的點表示飽和狀態，要使處于A點的不飽和溶液轉化成飽和溶液，只需采取一定的操作使A點移動到曲線上即可。通過引導，學生很容易理解在溫度不變的情況下，向溶液中加入硝酸鉀，使溶質的質量增加，此時溶液的溫度不變，故A點豎直向上運動，直至移動到曲線上的B點，轉化成飽和溶液；或者降低溫度，此時溶液中溶質和溶劑的質量都不變，故A點水平往左向靠近溶解度曲線的方向移動（或A點向減小溶解度的方向移動），直至移動到曲線上的C點，轉化成飽和溶液。

對于蒸發溶劑使硝酸鉀不飽和溶液轉化成飽和溶液，無法用上述圖像中的“質點移動”來呈現其變化過程。接下來采用圖形等效變化，以另一種直觀圖形來解決此問題，見圖4。

在學生充分理解溶解度曲線含義的基礎上，利用直觀易懂的“圖像中的質點移動”和“圖形等效變化”等動態變化分析法，能有效促進學生理解不飽和溶液與飽和溶液轉化方法的本質原因，也有助于學生將難以理解的化學概念轉化為直觀易懂的視覺信息，并將其轉換成有意義的形式后進入自身信息編碼系統[7]，并重新建構原有的知識結構，形成對飽和溶液概念的整體認知，達到有效學習化學概念的目的。

3.2.2 促進學生理解結晶方法

通過新授課學習，學生知道蒸發結晶和降溫結晶這兩種結晶方法，將氯化鈉或硝酸鉀的飽和溶液蒸發溶劑或者降低溫度時，都會有晶體析出。教師在授課時大多數采用直接講授或實驗演示的方式告訴學生結晶方法：氯化鈉應采用蒸發結晶，硝酸鉀應采用降溫結晶。但由于學生沒有理解結晶方法內在的本質原因，故在學習過程中產生了迷思現象，做題時只會按教師講授的方法生搬硬套，在結晶方法的選擇問題上，經常出現錯誤，在描述用結晶法提純物質的實驗操作過程時，總感覺力不從心。

為了促進學生理解選擇結晶方法的本質原因，筆者以計算表格數據，對比揭示本質原因，根據圖像總結規律的方式開展教學，設計的教學過程如下。

問題情境1：氯化鈉和硝酸鉀在不同溫度下的溶解度，見表2?，F有分別用100g水配制成溫度為100℃的氯化鈉飽和溶液與硝酸鉀飽和溶液。以上兩種飽和溶液，可采用哪些方法得到晶體？并說明理由。

引導學生根據飽和溶液和溶解度的概念，分析從上述兩種溶液中得到晶體的方法，初步理解蒸發結晶和降溫結晶的原理。

問題情境2：若均采用降溫結晶的方法，分別將上述溶液從100℃降低溫度至20℃，分析兩種溶液中析出晶體的質量各是多少？根據計算結果分析兩種溶液最佳的結晶方法是什么？并將表格填寫完整（斜體字的內容為對應的答案），見表3。

通過定量計算和對直觀數據進行對比分析，達到了促進學生理解結晶方法的本質原因，達到對結晶方法科學認知的目的。

然后在回顧不同物質的溶解度隨溫度變化情況的基礎上，尋找不同物質的溶解度隨溫度變化的特征，通過歸納總結特征中的相似性和規律，采用特征分類的方式，促進學生生成從個別物質到一類物質結晶方法的新認知圖式——常見的結晶方法有三種，結晶的方法由該物質的溶解度隨溫度變化的情況來決定。即溶解度受溫度變化影響不大，溶解度曲線較平緩的這類物質適宜采用蒸發結晶的方法；溶解度受溫度變化影響較大，溶解度曲線較陡的這類物質適宜采用降溫結晶的方法；溶解度受溫度變化影響較大，且溫度越高溶解度越小的這類物質適宜采用升溫結晶的方法。具體圖像和規律見圖5。

通過將固體物質的溶解度曲線與適宜的結晶方法有機整合，學生在掌握結晶方法的同時，還能體驗從個別到一般，從個性到規律，從共性到分類研究概念或物質性質的方法，體驗基于思維發展的學習方式，為今后形成有效的學習方法打下良好的心理基礎。

3.2.3 促進學生理解溶解度與溶質質量分數之間的關系

溶質的質量分數是指在一定質量的溶液中溶質質量所占的分數，此溶液可以是飽和溶液，也可以是不飽和溶液，學生可以通過溶劑的質量和溶解的溶質質量進行相關計算。溶解度是指在一定溫度下，100g溶劑中，溶液達到飽和狀態時，溶解的溶質質量。因此溶解度與溶質的質量分數之間存在著隱性的邏輯聯系，若教師采用的教學方式和策略不當，學生便難以理解兩者之間的關系，使之成為本單元的另一個教學難點。如何有效解決此問題是教師在單元設計中必須認真思考的問題。

筆者結合飽和溶液、溶解度和溶質質量分數概念的組成要素，利用簡潔直觀的圖像表征形式，突破了此教學難點。具體活動過程如下。

問題情境：20℃時，氯化鈉的溶解度為36.0g。在此溫度下，將一定質量的氯化鈉分多次加入到100g水中，邊加邊振蕩，所得溶液的溶質質量分數如何變化？并用圖像表示此過程中相關量的變化情況。

引導學生展開分析：溶液達到飽和狀態之前，加入的氯化鈉完全溶于水，溶質的質量分數不斷增加；溶液達到飽和狀態以后，加入的氯化鈉不再溶解，溶質的質量分數達到最大值，即使繼續加入氯化鈉，溶質的質量分數也不再改變。圖像變化情況見圖6。

在此教學活動過程中，學生自發調用已有認知結構中飽和溶液、溶質質量分數和溶解度的概念，結合圖像直觀表征上述動態變化過程，并將這些概念有機整合，自主生成溶解度與溶質質量分數之間隱性關系的認知，形成新的認知圖式。endprint

3.3 構建本單元概念之間的邏輯聯系，增強對單元概念的整體認知

學習概念的過程中，將相互關聯的知識有機地組織起來構成完整的信息系統，并以此形式對知識進行表征，其內在聯系越緊密，結構化程度就越高，認知圖式就會給予信息更多的關注，進而對信息進行加工，形成新的整體認知圖式，最終達到提升學習效率的目的。為實現此目標，筆者以3.2.1中圖3案例為基礎，設計了如下問題情境。

問題情境：分別采用加溶質、降低溫度、恒溫蒸發溶劑的方法，使處于A點的硝酸鉀不飽和溶液轉化成飽和溶液，直至有固體不溶物的過程中，硝酸鉀的溶解度、溶質的質量、溶劑的質量、溶液的質量和溶質的質量分數變化情況如何？具體內容見表4（表格中斜體字為對應的答案）。

在解決問題的過程中，學生自主利用本單元所有重要的概念和概念之間的相互聯系，通過分析、推理和知識應用，建構了對本單元概念的整體認知。在對所有答案進行綜合分析的過程中，學生又形成了新的認知：溶質的質量分數與溶劑質量及溶解的溶質質量有關；物質的溶解度越大，其飽和溶液的溶質質量分數也越大；溶解度隨溫度降低而減小的物質，其飽和溶液降低溫度后，對應的點沿曲線向下運動，溶液中有晶體析出，剩余飽和溶液的溶質質量分數逐漸降低；飽和溶液恒溫蒸發溶劑后，有晶體析出，剩余溶液依然是該溫度下的飽和溶液，溶質的質量分數不變。

當學生對本單元的概念形成整體認知以后，采用變式練習，對習得的知識和方法進行運用、鞏固和提升。例如向硝酸鉀飽和溶液中加入硝酸鉀、加水或將溶液升高溫度后（不考慮水蒸發），其溶解度等相關量又如何變化？

4 展望

綜上所述，運用圖表進行概念教學能降低學生理解概念的難度；能促進學生整體建構概念之間的邏輯關系，使知識網絡化、系統化；能促進學生有效提取、遷移和應用知識；能優化學生的學習方式和學習策略，促進學生建構有效的認知方式，形成新的認知圖示，達到事半功倍的學習效果。

與此同時，我們也應該注意到不同的化學概念有不同的認知圖式，不同的圖表有不同的建構方法和策略，但是在促進學生深刻理解、靈活運用概念這一點上的作用是相同的。在化學概念教學中，如何幫助學生有效厘清化學概念的屬性和相互聯系，采用何種表征形式更有利于學生理解和掌握化學概念，如何科學創設問題情境有效促使學生養成主動建構化學概念圖式的習慣，并在建構圖式的過程中感悟圖式的特征和作用，以此優化學生的認知策略和學習方式等等，需要我們在以后的教學中進行更深入的研究。

參考文獻：

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[7]王玨.“圖形組織者”在教學中的應用研究——以小學自然課為例[D].上海：上海師范大學碩士學位論文，2007：11～12.endprint